探討高碳鋼連鑄冷卻工藝技術(shù)

吳志會 宋衛(wèi)東 吳金鐘

摘要：目前隨著國家的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重影響著國家工業(yè)化程度，在許多行業(yè)中高碳鋼的大批量使用，導(dǎo)致市場對高碳鋼的產(chǎn)品質(zhì)量和性能要求更加嚴(yán)格。高碳鋼連鑄技術(shù)也憑借自身生產(chǎn)率高，鑄坯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低廉，能源消耗少，操作簡便易行的優(yōu)勢在高碳鋼加工鑄造中得到了廣泛應(yīng)用。為得到表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都優(yōu)良的高碳鋼連鑄坯，本文通過對高碳鋼連鑄冷卻工藝技術(shù)中的結(jié)晶器冷卻和二冷區(qū)冷卻兩部分冷卻技術(shù)進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵字：高碳鋼，連鑄技術(shù)，冷卻工藝

引言：高碳鋼連鑄技術(shù)相比較于傳統(tǒng)模鑄工藝，具有生產(chǎn)率高，鑄坯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低廉，能源消耗少，操作簡便易行的優(yōu)勢，因此在高碳鋼鑄造加工中應(yīng)用極為普遍。由于連鑄工藝是一種通過對融化的鋼水在一定冷卻條件下使之凝固的工藝技術(shù)，所以高碳鋼連鑄冷卻工藝是其中最為重要的一環(huán)，決定著連鑄生產(chǎn)是否順利以及連鑄坯質(zhì)量的好壞。在連鑄冷卻工藝中，結(jié)晶器被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”，決定了連鑄坯表面質(zhì)量的好壞;而二冷工藝則是決定連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技術(shù)，因此探討高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)，必須從對結(jié)晶器和二冷區(qū)連鑄工藝的研究入手。只有通過結(jié)晶器冷卻得到表面質(zhì)量好的連鑄坯，通過二冷區(qū)冷卻得到內(nèi)部質(zhì)量好的連鑄坯，才可以提高連鑄坯質(zhì)量，提高高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

1高碳鋼連鑄技術(shù)

目前對于含碳量高的鋼連鑄坯在生產(chǎn)加工時容易出現(xiàn)問題，例如高碳鋼連鑄坯的表面凹陷，表面縱裂，更嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)生漏鋼，這一系列高碳鋼連鑄坯加工缺陷嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的后續(xù)質(zhì)量。高碳鋼連鑄工藝技術(shù)的改進(jìn)與完善目前已成為高碳鋼連鑄生產(chǎn)中的研究熱點(diǎn)。理論研究和工程實踐表明，高碳鋼零塑性區(qū)范圍在1250℃以上，這就意味著在1250℃以上的溫度范圍內(nèi)很小應(yīng)變就會造成鑄坯凝固前沿開裂這一問題;并且在 1050℃～1250℃范圍內(nèi)，高碳鋼的鑄坯塑性也很差，產(chǎn)生的裂紋傾向性較大。在結(jié)晶器對高碳鋼的鋼水冷卻過程中，結(jié)晶器周向鑄坯會出現(xiàn)熱量傳遞和鋼水凝固的不均勻現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在靠近鑄坯寬度中心的坯殼厚度較薄，并且由于高碳鋼的含碳量較高，碳與其他金屬反應(yīng)生成碳化物進(jìn)一步加劇了凝固坯殼厚度的不均勻性。所以為了避免在高碳鋼連鑄過程中出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，需要對高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)進(jìn)行研究探討，從結(jié)晶器和二冷區(qū)連鑄冷卻工藝入手，得到表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都符合要求的高質(zhì)量連鑄坯，提高高碳鋼連鑄坯質(zhì)量，增加高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量

2結(jié)晶器冷卻工藝技術(shù)

在高碳鋼連鑄冷卻工藝中，因為結(jié)晶器決定了連鑄坯表面質(zhì)量的好壞，所以被譽(yù)為連鑄設(shè)備的“心臟”。連鑄結(jié)晶器傳熱效率和冷卻效果直接關(guān)系到結(jié)晶器壽命、鑄坯表面質(zhì)量、連鑄漏鋼和連鑄其它缺陷。

2.1結(jié)晶器特性

結(jié)晶器自身良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱均勻性決定了結(jié)晶器的功能作用，即主要功能是將結(jié)晶器內(nèi)流動的鋼水的熱量通過坯殼、渣膜、氣隙傳遞到結(jié)晶器上，然后冷卻水把這部分熱量帶走，鋼水流出結(jié)晶器后形成具有一定厚度的坯殼。與此同時，良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)熱均勻性也保證了結(jié)晶器出口處的鑄坯厚度均勻，不會產(chǎn)生變形，裂紋和漏鋼的缺陷。此外結(jié)晶器良好的耐磨性和抗熱應(yīng)力作用性能可以滿足由于連鑄過程中坯殼與結(jié)晶器銅板不可避免地接觸、摩擦這一問題帶來的挑戰(zhàn);結(jié)晶器重量輕和剛性好的優(yōu)勢賦予了結(jié)晶器良好的結(jié)構(gòu)鋼性，并且方便拆裝調(diào)整和維修。

2.2結(jié)晶器冷卻過程

結(jié)晶器冷卻過程也就是結(jié)晶器高效傳熱的過程，這一過程中結(jié)晶器銅板內(nèi)側(cè)會隨著鋼水的流動，形成和生長得到連鑄坯殼，結(jié)晶器銅板外側(cè)是冷卻水的強(qiáng)制對流。具體可以將結(jié)晶器內(nèi)鋼水與冷卻水的傳熱過程分為以下五部分：鋼水與凝固坯殼間對流傳熱，凝固殼內(nèi)熱傳導(dǎo)，凝固坯殼與結(jié)晶器銅板間傳熱，結(jié)晶器銅板內(nèi)熱傳導(dǎo)，結(jié)晶器銅板與冷卻水間的對流傳熱。

3.二冷區(qū)冷卻工藝技術(shù)

連鑄工藝需要經(jīng)過三個冷卻區(qū)凝固傳熱才可以從液態(tài)鋼水得到固態(tài)連鑄坯，三個冷卻區(qū)中上述的結(jié)晶器冷卻屬于一次冷卻區(qū)，散熱約為總散熱的五分之一左右;離開結(jié)晶器后通過輥子冷卻和噴水冷卻覆蓋的部分稱為二次冷卻，散熱約為總散熱的二分之一左右;隨后在空氣中散熱冷卻的部分稱為三次冷卻，主要通過減小溫差實現(xiàn)。

針對二冷區(qū)冷卻工藝技術(shù)，由于是通過噴水冷卻的方式，鑄坯內(nèi)熱量消耗快，冷卻速度快，效果好。二次冷卻區(qū)需處理80%仍未凝固的鋼水，所以合理的二次冷卻制度才可以避免內(nèi)部裂紋、中心偏析、中心疏松等缺陷的產(chǎn)生，得到質(zhì)量良好的連鑄坯。要制定合理的二次冷卻制度需要綜合考慮鋼水的成分、過熱度、拉坯速度及連鑄機(jī)設(shè)備情況等多種因素，并且遵循冶金原則，限制冶金長度，限制出結(jié)晶器坯殼厚度，限制表面溫度回升幅度，限制彎曲矯直區(qū)表面溫度，限制表面冷卻速度，限制鼓肚變形。

制定合理的二次冷卻制度需要以遵循上述冶金原則為基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行二次冷卻工藝技術(shù)的改進(jìn)和完善。例如為了改善流場，促進(jìn)夾雜物上浮，可以采取低過熱度操作，或者改進(jìn)浸入式水口，施加結(jié)晶器電磁制動等方法;為了均勻連鑄坯表面冷卻，強(qiáng)化表面溫度控制，減輕中心偏析的問題，可以改用氣水噴霧進(jìn)行冷卻，或者施加電磁攪拌等方法;為了防止連鑄坯受力變形，可以采用多點(diǎn)彎曲矯直或者加強(qiáng)對弧輥縫對中的控制等方法。

結(jié)語

在國家工業(yè)化程度不斷提高下，鋼鐵在許多行業(yè)中得到廣泛使用，特別是高碳鋼。而高碳鋼加工中，鋼連鑄技術(shù)也憑借自身優(yōu)勢完勝傳統(tǒng)模鑄工藝。高碳鋼連鑄冷卻工藝是連鑄中最為重要的一環(huán)，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和連鑄坯質(zhì)量。通過對決定連鑄坯表面質(zhì)量好壞的結(jié)晶器冷卻技術(shù)，和決定連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量好壞的二冷工藝這兩方面進(jìn)行探討，進(jìn)一步分析和研究高碳鋼連鑄冷卻技術(shù)。為提高連鑄坯質(zhì)量，提高高碳鋼產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

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